Machines asynchrones - Commande par ­contrôle direct de couple

La machine asynchrone, en raison de son faible coût et de sa robustesse, constitue actuellement la machine la plus utilisée pour réaliser des variateurs de vitesse. De par sa structure, la machine asynchrone à cage d’écureuil possède un défaut important par rapport à la machine à courant continu et aux machines de type synchrone. En effet, l’alimentation par une seule armature fait que le même courant crée le flux et le couple et ainsi les variations du couple provoquent des variations du flux. Ce type de couplage donne à la machine asynchrone un modèle complètement non linéaire, ce qui complexifie beaucoup la commande de cette machine. D’innombrables travaux ont été réalisés pour mettre au point des commandes performantes de la machine asynchrone à cage.

Le contrôle scalaire [ ], bien adapté à certains types de variateurs, ne permet pas d’obtenir des performances très élevées, surtout dans les basses vitesses et forts couples. Il ne convient pas du tout pour réaliser un positionnement de la machine asynchrone.

Le contrôle vectoriel par orientation du flux rotorique [ ] a été développé pour supprimer le couplage interne de la machine, provoquant des variations du flux liées à celles du couple. Beaucoup de travaux ont été effectués sur le contrôle vectoriel et de nombreux variateurs avec cette commande sont réalisés et utilisés pour de multiples applications, dans des domaines de puissance et de vitesse très variés. Cependant, bien qu’il donne des performances élevées à la machine asynchrone, le contrôle vectoriel par orientation du flux rotorique présente un certain nombre d’inconvénients :

• faible robustesse aux variations paramétriques et en particulier à celles de la constante de temps rotorique ;

• nécessité d’un modulateur pour la commande rapprochée de l’onduleur qui provoque des retards, surtout à basse fréquence de modulation (grande puissance). Ces retards sont responsables d’une augmentation du temps de réponse en couple, ce qui pénalise les variateurs utilisés en traction ;

• présence de transformations de coordonnées dépendant d’un angle estimé ;

• la vitesse de rotation intervient explicitement dans l’algorithme de commande. Quand on ne mesure pas cette vitesse (variateur sans capteur de vitesse), les erreurs sur l’estimée de cette vitesse dégradent les performances du variateur.

L’utilisation d’observateurs de flux a permis de réduire la sensibilité du contrôle aux variations de la constante de temps rotorique, mais non à l’annuler. On a également...